鉛碳負(fù)極的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鉛碳電池是一種新興的改進(jìn)型鉛酸電池，是將碳材料以不同的方式混合到鉛酸電池負(fù)極中。相比常規(guī)鉛酸電池，鉛碳電池具有良好的高倍率部分荷電態(tài)（HRPSOC）循環(huán)性能，使其在儲能、混合動力汽車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，鉛碳電池的產(chǎn)業(yè)化還有較多關(guān)鍵技術(shù)需突破，如碳在電池負(fù)極中的作用機(jī)理、由于碳的加入導(dǎo)致的析氫問題等。本文從產(chǎn)業(yè)化的角度，探討了碳材料的種類、比例對負(fù)極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。同時，研究了混合碳及碳添加方式對鉛碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和

2、電池特性的影響，分析了碳的作用機(jī)理。
　　首先，研究了4種碳材料(活性炭AC1、AC2，石墨G1、G2)分別占和膏鉛粉質(zhì)量的0.5％，1%，1.5%，2%比例單獨(dú)加入到鉛酸電池負(fù)極材料中對電池HRPSOC循環(huán)性能的影響，當(dāng)AC1添加比例為0.5%時，電池的循環(huán)次數(shù)為4009次，與常規(guī)鉛酸電池2097次相比，電池的HRPSOC循環(huán)性能明顯得到提升；并且，隨著AC1添加比例的提高，電池的循環(huán)壽命也有所提高，最高為8514次；在AC2的

3、4種添加比例中，電池最高循環(huán)次數(shù)為4353次，對應(yīng)的AC2添加比例為0.5%，并且隨著添加比例的增加，電池循環(huán)壽命明顯減少；G1改善電池HRPSOC循環(huán)性能的效果最佳，隨著添加比例的增加，電池的循環(huán)次數(shù)穩(wěn)步增加，最高為19742次；在G2的四種添加比例中，電池循環(huán)性能最好的是添加量為1%時，循環(huán)次數(shù)為5142次。因此，AC1和G1比較合適于作鉛碳電池負(fù)極應(yīng)用。通過對鉛碳負(fù)極化成和失效后截面的電鏡掃描分析，活性碳的加入主要是為鉛離子的還原

4、提供新的反應(yīng)場所，石墨由于具有較好的導(dǎo)電性，在放電產(chǎn)物硫酸鉛顆粒之間形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能在很大程度上抑制電池在HRPSOC下負(fù)極的硫酸鹽化。
　　其次，為了發(fā)揮AC1和G1兩者的作用，控制碳的添加量占和膏鉛粉質(zhì)量的2%，將質(zhì)量比為1:3、1:1和3:1的AC1和G1混合加入到鉛酸電池負(fù)極中，制備含兩種碳源的鉛碳負(fù)極，并研究了兩種碳源對電池HRPSOC循環(huán)性能的影響。結(jié)果表明，兩種碳源的加入顯著提高了電池的HRPSOC循環(huán)性能，當(dāng)AC

5、1:G1=1:3時，電池的循環(huán)性能較好，循環(huán)次數(shù)達(dá)到36432次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般商業(yè)電池。同時，由于利用了活性碳為鉛離子還原提供額外的反應(yīng)場所和石墨的良好導(dǎo)電性，在硫酸鉛顆粒之間形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，兩者的協(xié)同作用大大抑制了電池的硫酸鹽化。
　　最后，選取AC1作為碳源，通過電沉積的方法，在AC1上電沉積鉛，制得鉛碳復(fù)合材料(Pb/C)，研究了這種復(fù)合材料的陰極極化情況，發(fā)現(xiàn)該材料比AC1具有較負(fù)的析氫電勢，并將這種復(fù)合材料加入到鉛酸電池